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弱力衰变:粒子的身份危机

科学探索万象经验2023-06-21

在上一篇文章中谈到了弱力只与特定自旋的粒子相互作用。在这篇文章中,我想谈谈粒子通过弱力衰变的方式。

在量子世界中存在三种已知的力, 它们是强力、弱力和电磁力。每种力都由一个或多个称为玻色子的粒子传递。 对于强力,这个粒子就是胶子;对于弱力,它们是W和Z玻色子;对于电磁力,它是光子。因此,让我们看看当一个粒子发射另一个粒子时会发生什么。

如果一个顶夸克发射一个光子,它会继续作为一个顶夸克,粒子在发射期间不会改变其身份。在电磁相互作用之前和之后,粒子是相同的。现在让我们看看在强相互作用过程中会发生什么。同一个顶夸克可能会放出一个胶子,并继续作为顶夸克。因为胶子带有色荷,所以顶夸克会改变颜色,比如从红色变为蓝色。这里的关键点在于,胶子发射前后的粒子是同一个粒子。

接着,让我们看看当发生由弱力控制的粒子发射时会发生什么?传递弱力的粒子有两种:W和Z玻色子。先看看发射Z玻色子的情况,当顶夸克发射 Z 玻色子时,它仍然是顶夸克。但是当顶夸克发射出一个W粒子时,会发生一些非常不同的事情。在发射之前,我们有一个顶夸克,在发射之后,我们看到一个底夸克和一个W玻色子。

弱力改变了粒子的身份,这种行为是弱力所独有的。除了顶夸克之外,底夸克也可以发射 W 玻色子并形成粲夸克,粲夸克可以发射W玻色子并形成奇夸克或下夸克。在轻子方面,τ轻子可以发射W玻色子并产生τ中微子;μ子通过发射W玻色子并产生μ子中微子。